概述
膜法气体分离已成为与变压吸附(PSA) 、深冷分离并存的三大主要气体分离技术,并因其简便、经济、操作灵活而日益受到普遍欢迎。我公司已经为用户提供了大量的膜分离气体分离装置,其中甲醇尾气回收氢装置已经建设了接近20套。
典型装置 |
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哈尔滨气化厂30000m3/h甲醇弛放气回收氢
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中国石油吉林油田分公司甲醇厂4700m3/h甲醇弛放气回收氢
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中国石油青海油田分公司格尔木炼油厂42000m3/h甲醇弛放气回收氢
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山西晋城煤化工有限公司11000m3/h合成氨弛放气回收氢
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山东华鲁恒升化工集团公司3000m3/h一氧化碳装置 |
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膜分离技术主要应用于以下领域:
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甲醇尾气回收氢(甲醇弛放气回收氢气)
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合成氨尾气回收氢(合成氨弛放气回收氢)
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炼厂气回收氢(加氢干气、重整气、催化干气等)
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一氧化碳提纯
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天然气脱水
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天然气脱除二氧化碳(CO2)和硫化氢(H2S)
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空气分离制氮气
技术特点
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易于操作:随时开关方便,不需要多人操作;
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寿命长:超过十年;
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易于安装:占地小,重量轻,易适应于小或拥挤的地带;
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连续开工可靠:不受过程条件变化影响具有耐各种杂质的能力;
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适应范围宽:能抗许多化学污染;
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维护方便:膜系统无移动部件,无需检修;
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安全可靠:生产中产品不合格时,系统将自动关闭以保护产品质量;
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能耗低:可降低生产成本1/2;
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连续过程:无需循环切换,不中断产品供给。
膜分离法回收甲醇弛放气中的氢气(H2)
装置规模:500~200,000 m3/h 适用范围:以天然气、煤等各种原料生产甲醇的弛放气或甲醇尾气 装置特点:甲醇增产10~30%或节约原料 产品规格:氢气回收率为85~95%,甲烷和氮气的脱除率>90%
膜分离法回收合成氨驰放气中的氢气(H2)
装置规模:500~200,000 m3/h 适用范围:以天然气、煤等各种原料生产合成氨的弛放气 装置特点:液氨增产5~8%或节约原料 产品规格:氢气回收率在90~95%,回收氢气纯度可以达到99.999%
膜分离法回收炼厂气中的氢气(H2)
装置规模:500~200,000 m3/h 适用范围:加氢裂化干气、重整气、催化干气、焦化干气等 装置特点:用于补充炼油厂的氢气源 产品规格:氢气回收率在90~95%,回收氢气纯度90~99.9%
膜法提纯一氧化碳(CO)
装置规模:100~20,000 m3/h 适用范围:Shell合成气、Texaco合成气,天然气、石脑油等为原料的纯氧方法制造的合成气等 装置特点:产品一氧化碳压力高,略低于原料气压力 产品规格:一氧化碳纯度为95~99%,一氧化碳回收率为80~95%
膜分离制氮气(N2)
装置规模:10~2000m3/h 适用范围:油田强制驱油、煤矿保护用气等 产品规格:氮气纯度95~99%
膜分离法天然气脱水
装置规模:1000~10,000,000 m3/d 适用范围:天然气海上平台或天然气田处理终端 装置特点:稳定可靠、能耗低、寿命长、占地面积小等 产品规格:水露点低于-40℃
膜分离法天然气脱除二氧化碳(CO2)和硫化氢(H2S)
装置规模:1000~10,000,000 m3/d 适用范围:天然气海上平台或天然气田处理终端,一般用于初步脱除CO2 装置特点:稳定可靠、能耗低、寿命长、占地面积小等 产品规格:二氧化碳(CO2)低于3%,硫化氢(H2S)低于20mg/m3
分离原理
膜分离系统的工作原理就是利用一种高分子聚合物(膜材料通常是聚酰亚胺或聚砜)薄膜来选择'过滤'进料气而达到分离的目的。当两种或两种以上的气体混合物通过聚合物薄膜时,各气体组分在聚合物中的溶解扩散系数的差异,导致其渗透通过膜壁的速率不同。由此,可将气体分为'快气'(如H2O、H2、He等)和'慢气'(如N2、CH4及其它烃类等)。当混合气体在驱动力—膜两侧相应组分分压差的作用下,渗透速率相对较快的气体优先透过膜壁而在低压渗透侧被富集,而渗透速率相对较慢的气体则在高压滞留侧被富集。
快气 慢气
各气体渗透量可表示为
上式中Qi: 气体组分i的渗透量
(P/l)i: 气体组分i的渗透系数
A: 膜面积
P: 原料气压力
p: 渗透气压力
xi: 气体组分i在原料气中的体积分数
yi: 气体组分i在渗透气中的体积分数
从上式可以看出:膜的分离选择性(各气体组分渗透量的差异)、膜面积和膜两侧的分压差构成了膜分离的三要素。其中,膜分离的选择性取决于制造商选用的膜材料及制备工艺,是决定膜分离系统性能和效率的关键因素。
分离器结构
膜分离系统的核心部件是一构型类似于管壳式换热器的膜分离器,数万根细小的中空纤维丝浇铸成管束而置于承压管壳内。混合气体进入分离器后沿纤维的一侧轴向流动,'快气'不断透过膜壁而在纤维的另一侧富集,通过渗透气出口排出,而滞留气则从与气体入口相对的另一端非渗透气出口排出。
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